Марганец

       Марганец - химический элемент, символ Mn (лат. Manganum, англ., франц. Manganese нем. Mangan). Имеет порядковый номер 25, атомный вес 54, 938, плотность 7, 44 г/см³, температуру плавления 1250°С, температуру кипения 2150°С. Марганец открыт в 1774 году шведским химиком К. Шееле. В чистом виде марганец впервые получил шведский химик Ю. Ган, прокалив минерал пиролюзит МnО₂ в тигле, выложенном древесным углём.

      Марганец - элемент достаточно распространённый, в земной коре его содержится 0, 1% от общей массы. В свободном состоянии марганец не встречается, его основные руды - это пиролюзит MnO₂, гаусманит Mn₃O₄, браунит Mn₂O₃, манганит MnO₂ ^. Mn(Oh)₂.


      Для чёрной металлургии марганец стал одним из наиболее важных элементов. В виде сплава с железом - ферромарганца - его применяют, чтобы удалить из жидкого чугуна большую часть вредных для металла серы и кислорода. В качестве легирующей добавки марганец входит в состав многих сталей, придавая им большую твёрдость.

      Компактный цирконий обладает высокой коррозионной стойкостью во многих агрессивных средах. На него не действуют концентрированная соляная и азотная кислоты, а также органические кислоты даже при нагревании до 100°С. По коррозионной стойкости в соляной кислоте цирконий уступает только танталу и благородным металлам.

      Цирконий устойчив в горячих концентрированных растворах едкого натра и обладает исключительно высокой коррозионной стойкостью при комнатной температуре в обычной и морской воде. При нагревании он устойчив в воде вплоть до 360°С. При более высоких температурах скорость коррозии циркония сильно возрастает. Для длительной работы в водяном паре при температурах, превышающих 427°С, цирконий непригоден.

      Серная кислота относительно слабо действует на цирконий при концентрации менее 70%, но с повышением концентрации скорость коррозии циркония резко возрастает. Царская водка, плавиковая и концентрированная фосфорная кислоты растворяют цирконий. Хлорная и бромная воды быстро вызывают точечную коррозию циркония.

      Коррозионная стойкость циркония резко снижается под влиянием примесей: азота, углерода, титана, алюминия. Железо, никель и хром увеличивают коррозионную стойкость циркония. Сплавы циркония с оловом, дополнительно легированные железом, никелем или хромом, обладают весьма высокой коррозионной стойкостью.

      Цирконий взаимодействует с газами при относительно низких температурах. Наиболее интенсивно он реагирует с водородом. Циркониевый порошок или губка поглощают водород при комнатной температуре. С повышением температуры скорость взаимодействия между ними увеличивается. Поглощение цирконием водорода сопровождается значительным увеличением объёма металла. При температурах выше 800°С водород можно практически полностью удалить из циркония вакуумной экстракцией. Водород, растворяющийся в цирконии, существенно уменьшает его ударную вязкость при низких температурах. Водородная хрупкость циркония обнаруживается уже при содержании в нём водорода 0,001%. Водородная хрупкость циркония наблюдается также и после закалки с температур выше 315°С и последующего старения при температурах ниже 260°С.

      Порошкообразный цирконий очень пирофорен. Тонкая стружка и опилки циркония легко загораются. При наличии в воздухе определённой концентрации циркониевой пыли и источника нагрева может произойти взрыв.

      До последнего времени цирконий применяли главным образом в виде соединений и легирующих добавок к сплавам. Значительная часть его шла на изготовление высококачественных огнеупоров на основе двуокиси циркония, обладающей высокой температурой плавления, а также для изготовления специальных сортов фарфора, эмали и стекла. В форме металлического порошка цирконий находит применение во взрывчатках, зажигательных и осветительных смесях и в качестве геттера в различных электровакуумных приборах. Высокие антикоррозионные свойства циркония делают его пригодным для изготовления деталей химической аппаратуры и медицинского инструмента.

      В производстве стали цирконий используется в качестве раскислителя, дегазатора и легирующего элемента. Добавка циркония в хромистые, никелевые, марганцовистые и в другие легированные стали резко повышает их пластические свойства; циркониевые стали хорошо свариваются.

      Добавки даже незначительных количеств циркония или его соединений с фтором к литейным алюминиевым сплавам делают их мелкозернистыми, повышают пластичность и прочностные свойства. В таком же направлении действуют добавки циркония на магний и его сплавы.

      В вакуумных лампах используют сплавы циркония с вольфрамом, что обеспечивает большую их жаростойкость, чем при применении вольфрама, молибдена, ванадия и ряда других металлов.

      Наиболее широкой областью применения циркония в настоящее время являются атомные реакторы, где он выступает в качестве основного конструкционного материала. Это обусловлено малым поперечным сечением поглощения тепловых нейтронов циркония, сочетающимся с высокой коррозионной стойкостью, высокой пластичностью и хорошей его обрабатываемостью. Кроме того, вследствие небольшого модуля упругости и исключительно малого коэффициента термического расширения возникающие при высоких температурах термические напряжения у циркония меньше, чем у стали и ряда других материалов.

      Для изготовления конструкционных элементов атомных реакторов чаще всего, наряду с берилием, используют циркониевые сплавы. Легирующие добавки повышают прочность и теплопрочность циркония, а также нейтрализуют вредное влияние примесей. Обычно цирконий легируют оловом, алюминием, молибденом и ниобием, т.е. элементами, имеющими относительно малое поперечное сечение поглощения тепловых нейтронов.

      Прочностные свойства и сопротивление ползучести при высоких температурах наиболее сильно повышают олово и алюминий, а молибден и ниобий оказывают более энергичное упрочняющее действие при комнатной температуре. Олово нейтрализует вредное влияние азота и углерода на коррозионную стойкость циркония при работе в воде и водяном паре. Это действие усиливается при одновременном введении с оловом железа, никеля и хрома.

      Примерами промышленных циркониевых сплавов для атомных реакторов могут служить сплавы циркалой-2 и циркалой-3. Химический состав и механические свойства этих сплавов приведены здесь.